Estudo do comportamento de catalisadores de níquel suportados em óxidos a base de cério sintetizados pelo método sol-gel na reforma seca do biogás

Abstract

O biogás, ainda pouco utilizado no Brasil, tem um grande poder energético, apesar de não poder ser lançado diretamente na atmosfera devido à emissão de gases que contribuem para o efeito estufa, apresenta um enorme potencial por ser uma fonte renovável de metano e matéria-prima para produtos de alto valor agregado. A reforma seca é uma excelente forma de melhor aproveitá-lo, pois utiliza o metano (CH4) e o dióxido de carbono (CO2) já presentes no biogás produzindo o gás de síntese, composto por hidrogênio (H2) e monóxido de carbono (CO). Contudo, o uso de catalisadores é necessário para viabilizar este processo. Neste trabalho são desenvolvidos catalisadores preparados pelo método sol-gel com 10% níquel suportado em óxidos de cério e com a adição de três diferentes dopantes: zircônio, praseodímio e gadolínio. Para a caracterização dos catalisadores, foram utilizadas as análises de: fluorescência de raio X (FRX), difração de raios X (DRX), redução à temperatura programada (TPR), microscopia eletrônica de transmissão (MET), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise termogravimétrica (ATG). Os testes catalíticos inicialmente foram realizados com uma razão CH4/CO2=1, a 800 ºC e pressão atmosférica. A adição dos dopantes não provocou mudanças texturais e estruturais na céria, mas os catalisadores contendo dopante apresentaram menores diâmetros de cristalito de CeO2. As medidas de DRX apontam para a formação de uma solução sólida, os dopantes Gd, Pr e Zr foram incorporados à estrutura da céria. O catalisador dopado com Zr apresentou uma maior fração de céria reduzida à baixa temperatura, como mostra as análises de TPR. Dois catalisadores, Ni/CeO2 e Ni/CeZrO2, não apresentaram formação de carbono, como revelado pelas medidas de MEV e ATG. Os ensaios catalíticos preliminares mostraram que o catalisador Ni/CePrO2 apresentou maiores conversões de CH4 e CO2, além de maior estabilidade. Novos testes catalíticos alterando a razão CH4/CO2 para 1,2 e 1,5 foram realizados para o catalisador dopado com Pr. Os resultados obtidos mostram que quanto maior a razão CH4/CO2 maiores serão também as conversões de CO2